Pemodelan dan Validasi Spektrum Gama 60Co dari Detektor NaI(Tl) Menggunakan Perangkat Lunak OpenMC

Adhitya Pryazada Hadi, Dr.Ing. Ir. Sihana, IPU. ; Ir. Nunung Prabaningrum, M.T., Ph.D., IPU.

2026 | Skripsi | TEKNIK NUKLIR

Detektor NaI(Tl) banyak digunakan dalam spektroskopi gama karena efisiensi deteksinya yang tinggi, namun keterbatasan resolusi energi menimbulkan tantangan dalam pemisahan puncak gamma. Penelitian ini bertujuan untuk memodelkan dan memvalidasi detektor NaI(Tl) FLIR identiFINDER® R400 untuk pengukuran spektrum gamma isotop 60Co dengan perangkat lunak open-source OpenMC berbasis metode Monte Carlo. Pendekatan ini dipilih sebagai alternatif yang lebih efisien dibandingkan pengubahan parameter detektor secara fisik yang membutuhkan biaya dan waktu yang besar.

Pemodelan dilakukan dengan membangun geometri detektor dan sumber radiasi dalam OpenMC, diikuti dengan penambahan fungsi Gaussian Energy Broadening (GEB) untuk merepresentasikan resolusi detektor. Simulasi dijalankan pada berbagai variasi, meliputi jarak sumber-detektor, ketebalan perisai timbal dan aluminium, serta jarak detektor terhadap perisai. Data hasil simulasi kemudian divalidasi dengan pengukuran eksperimen menggunakan detektor yang sama di Laboratorium Teknologi Energi Nuklir UGM.

Hasil penelitian menunjukkan bahwa model detektor yang dibangun mampu merepresentasikan respons spektrum gama 60Co secara realistis. Diperoleh parameter respon detektor GEB dengan nilai a = 8592,4414; b = 94,4912; dan c = 4,4692 × 10-7 melalui proses fiting. Secara kuantitatif, intensitas cacah hasil simulasi cenderung lebih tinggi dibandingkan eksperimen dengan galat relatif berkisar antara 9% hingga 35?rgantung pada konfigurasi. Uji statistik reduced chi-square menghasilkan nilai rerata 1,768, yang mengindikasikan bahwa model spektrum yang dibangun memiliki tingkat kesesuaian yang baik terhadap data eksperimen, sehingga memvalidasi kemampuan OpenMC dalam memodelkan respons detektor NaI(Tl) untuk pengukuran spektrum gamma. Meskipun begitu, perlu diperhatikan bahwa tingkat kesesuaian cenderung menurun seiring berkurangnya sinyal cacah.

NaI(Tl) detectors are widely used in gamma spectroscopy due to their high detection efficiency, but limited energy resolution poses challenges in gamma peak separation. This study aims to model and validate the FLIR identiFINDER® R400 NaI(Tl) detector for the measurement of 60Co isotope gamma-ray spectra using the open-source Monte Carlo code OpenMC. This approach was chosen as a more efficient alternative instead of physically changing the detector parameters which is costly and time-consuming.

Modeling was performed by constructing the detector and radiation source geometry in OpenMC, followed by adding the Gaussian Energy Broadening (GEB) function to represent the detector resolution. Simulations were run at various variations, including source-detector distance, lead and aluminum shielding thickness, and detector-to-shield distance. The simulation data were then validated with experimental measurements using the same detector at the UGM Nuclear Energy Technology Laboratory.

The results show that the developed detector model is capable of realistically representing the gamma spectrum response of 60Co. The GEB detector response parameters were obtained with values of a = 8592.4414; b = 94.4912; and c = 4.4692 × 10-7 through a fitting process. Quantitatively, the counting intensity of the simulation results tends to be higher than the experiment with a relative errors ranging from 9% to 35?pending on the configuration. The reduced chi-square statistical test yielded a mean value of 1.768, indicating that the constructed spectrum model has a good level of agreement with the experimental data, thus validating the ability of OpenMC in modeling the response of the NaI(Tl) detector for gamma spectrum measurements. However, it should be noted that the level of fit tends to decrease as the count signal decreases.

Kata Kunci : kobalt-60, Monte carlo, NaI(Tl), openMC, spektroskopi gamma